大型地下洞室群施工期圍巖力學(xué)參數(shù)實(shí)時動態(tài)反演

地下洞室群施工中圍巖穩(wěn)定性關(guān)系到施工安全和工程建設(shè)質(zhì)量。本文主要以某電站工程為例,綜合分析地下洞室群穩(wěn)定、地下洞室群數(shù)值模型、影響穩(wěn)定性的主要因素。

基于隨機(jī)權(quán)重粒子群和最小二乘支持向量機(jī)方法建立地下洞室力學(xué)參數(shù)位移反分析模型,利用正交試驗(yàn)和3dec模型確定各水平參數(shù)的學(xué)習(xí)樣本,對地下洞室?guī)r體的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行位移反分析。結(jié)果表明:利用支持向量機(jī)方法的非線性映射可以實(shí)現(xiàn)力學(xué)參數(shù)的反分析；反演得到主廠房圍巖方向的側(cè)壓力系數(shù)kx,ky為0.453、0.644；三類巖體的彈性模量e3,e4,e5分別為10.15、8.20、2.62gpa；將反演分析的參數(shù)帶入3dec模型得到的位移與實(shí)測位移相對誤差較小,驗(yàn)證了反演參數(shù)的合理性。

本文采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(anfis)對公路隧道施工過程中圍巖的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、圍巖側(cè)壓力系數(shù)等力學(xué)參數(shù)的反演進(jìn)行了研究;通過數(shù)據(jù)正交試驗(yàn)以及flac3d正演計算得到數(shù)據(jù)樣本,建立圍巖力學(xué)參數(shù)的anfis結(jié)構(gòu),同時,對現(xiàn)場圍巖位移進(jìn)行監(jiān)測,最后將模擬計算結(jié)果與檢測結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明,模擬計算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合良好,說明該反演分析方法具有良好的工程適用性,可在工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

工程巖體是一個高度復(fù)雜的灰色系統(tǒng),按理論方法或?qū)崪y途徑均難以完全確定巖石的基本參數(shù)。地下工程快速反饋分析方法是工程現(xiàn)場完善設(shè)計、優(yōu)化施工的可靠方法。通過深入分析施工期圍巖參數(shù)正反演過程,發(fā)現(xiàn)影響反演效果的關(guān)鍵因素為輸入數(shù)據(jù)的真實(shí)性,計算模型的適應(yīng)性和計算結(jié)果的可靠性。結(jié)合工程地質(zhì)和監(jiān)控量測特征,提出了用正交試驗(yàn)設(shè)計優(yōu)化反演方案設(shè)計的方法;采用區(qū)間分析和分層優(yōu)化的思想建立了不確定性力學(xué)參數(shù)的區(qū)間反分析優(yōu)化方法,并給出了目標(biāo)函數(shù)和技術(shù)路線。研究地下工程施工過程中多點(diǎn)位移計的布置原則和監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律,指出了快速反饋分析方法在大型地下洞室群施工參數(shù)反演實(shí)踐中的特點(diǎn)。通過針對性的反演分析可得到最優(yōu)圍巖參數(shù)值,用以優(yōu)化工程設(shè)計和施工。

介紹了力學(xué)參數(shù)反分析原理,結(jié)合實(shí)際算例,論述了利用現(xiàn)有的大型國際化通用有限元軟件ansys已有的功能解決反演問題的過程,指出該計算過程簡潔,計算速度快,更為快捷、可靠。

以大連地鐵一號線學(xué)苑廣場—海事大學(xué)區(qū)間過河段隧道工程為背景,基于一種新型優(yōu)化算法——差異進(jìn)化算法進(jìn)行隧道圍巖力學(xué)參數(shù)反分析,提出以位移值為指標(biāo)的差異進(jìn)化位移反分析方法及實(shí)現(xiàn)過程,并將反演得到的圍巖力學(xué)參數(shù)應(yīng)用到過河段隧道工程開挖方案比較及穩(wěn)定性分析,驗(yàn)證了復(fù)雜地質(zhì)條件下該方法的可行性和有效性.結(jié)果表明,該方法在復(fù)雜地質(zhì)條件下具有較好的可行性,且對選取隧道施工方案、保證隧道安全具有一定的指導(dǎo)意義.同時,所得圍巖力學(xué)參數(shù)也可進(jìn)一步應(yīng)用于其他類似工程的相關(guān)研究.

大型地下洞室群參數(shù)反演及其工程應(yīng)用——基于三維彈塑性有限元及遺傳算法，結(jié)合西龍池抽水蓄能電站工程實(shí)際，首先用小模型分段模擬工程中有明顯差異的幾個不同段位，并反演得到圍巖物理力學(xué)參數(shù)及支護(hù)前圍巖位移釋放系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對洞室進(jìn)行了二期開挖計...

猴子巖水電站地下廠房硐室群工程地質(zhì)條件復(fù)雜,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、受多條斷層和擠壓破碎帶影響,加之布置于中-高地應(yīng)力區(qū)域,施工過程中硐室圍巖的變形和破壞較為明顯,為確保工程施工安全,須對整個硐室群施工期的應(yīng)力變形及穩(wěn)定進(jìn)行分析。結(jié)合相關(guān)設(shè)計參數(shù)和開挖支護(hù)實(shí)施方案,建立了猴子巖地下廠房硐室群的三維有限差分計算模型,并對其地應(yīng)力場分布進(jìn)行了反演,在此基礎(chǔ)上對硐室群整個施工過程進(jìn)行了全程模擬。計算結(jié)果表明:隨著硐室開挖臨空面的擴(kuò)大,上下游邊墻應(yīng)力松弛現(xiàn)象較為明顯,在斷層出露帶、機(jī)坑隔墻底部出現(xiàn)了不同程度的應(yīng)力集中;開挖過程中圍巖位移逐漸增大,在硐室連接處出現(xiàn)了大變形。設(shè)計支護(hù)方案實(shí)施后可以較好地限制圍巖變形,減小塑性區(qū)面積,工程實(shí)踐說明該方案較為合理。

超大型地下洞室群合理布置及圍巖穩(wěn)定研究——設(shè)計中的溪洛渡、小灣工程地下廠房洞室群有許多關(guān)鍵技術(shù)問題：通過對設(shè)計理論、計算方法和數(shù)學(xué)模型等方面深^廣泛的研究，除對傳統(tǒng)的設(shè)計計算方法及其計算軟件進(jìn)行了全面系統(tǒng)的完善和改進(jìn)外，在初始地應(yīng)力場的分析研...

某水電站布置有大型的地下洞室群,其規(guī)模在國內(nèi)外已建和擬建的工程中都是十分罕見的?？傮w上說,地下廠房區(qū)巖體質(zhì)量較好,但由于多期的構(gòu)造作用,在廠房區(qū)巖層中發(fā)育有不同級別的結(jié)構(gòu)面,對圍巖的穩(wěn)定性有一定影響。對此,本文運(yùn)用圍巖分類法和數(shù)值模擬法分析了廠房開挖后圍巖的整體穩(wěn)定性,然后運(yùn)用unwedge軟件對主廠房頂拱部位的不穩(wěn)定塊體進(jìn)行了分析評價。

巖體力學(xué)參數(shù)對地下洞室的施工和設(shè)計是極其重要的,通過位移反分析確定巖體參數(shù)的應(yīng)用研究很多。為了提高參數(shù)反演的效率,采用均勻設(shè)計理論設(shè)計不同的反演參數(shù)組合,用有限元計算組建的樣本集訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),根據(jù)洞室開挖過程中實(shí)測位移反演地下洞室?guī)r體力學(xué)參數(shù)?；诿嫦?qū)ο?、自適應(yīng)、可視化三大關(guān)鍵技術(shù),開發(fā)了地下洞室?guī)r體力學(xué)參數(shù)反演有限元軟件系統(tǒng)bafes。該軟件可實(shí)現(xiàn)地下洞室力學(xué)參數(shù)反演分析、開挖預(yù)報過程的可視化,將地下洞室?guī)r體力學(xué)參數(shù)反演模式由“數(shù)據(jù)-有限元分析-數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皥D形-有限元分析-圖形”,結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控技術(shù)和工程穩(wěn)定分析,能及時地指導(dǎo)工程設(shè)計和施工。以某水電站地下廠房洞室群巖體力學(xué)參數(shù)反演為例,說明了該軟件的實(shí)用性。

以石黔高速公路白水隧道為例,采用敏感性分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法計算出隧道圍巖各力學(xué)參數(shù)的敏感度,確定影響隧道變形的主要力學(xué)參數(shù)。首先,基于正交試驗(yàn)設(shè)計構(gòu)造bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本,建立待反演參數(shù)與圍巖變形的非線性映射關(guān)系,將現(xiàn)場監(jiān)控量測實(shí)測值作為輸入樣本,得到圍巖力學(xué)參數(shù)。然后,將反演得到的力學(xué)參數(shù)代入到數(shù)值模擬中,計算出隧道圍巖變形值,對比分析實(shí)測值與計算值。結(jié)果表明,兩者誤差較小,這說明該方法應(yīng)用于該工程的可行性。

針對糯扎渡水電站調(diào)壓井工程區(qū)的特點(diǎn),建立三維仿真模型,根據(jù)實(shí)測位移分析、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和最小殘差原理,反演出工程區(qū)各巖層彈性模量,并將反演參數(shù)導(dǎo)入模型進(jìn)行三維彈塑性反饋計算.實(shí)測位移分析表明,調(diào)壓井拱頂位移隨著開挖方量的增大而增大,最大位移發(fā)生在1號調(diào)壓井與連通上室連接處,最大值1.68mm;反演得到的各巖層彈性模量分別為:微新層24.11gpa,弱風(fēng)化上層10.13gpa,弱風(fēng)化下層3.16gpa,強(qiáng)風(fēng)化層0.20gpa,斷層0.62gpa,最小位移殘差為16.82mm2;監(jiān)測和計算的位移、位移增量變化趨勢基本一致,說明反演參數(shù)可靠;因?qū)嶋H開挖瞬間卸荷,計算位移比監(jiān)測位移一般要大,最大計算位移為3.22mm;洞室開挖后圍巖變形主要朝臨空面方向,圍巖變形較小,圍巖較穩(wěn)定.

大型水電站地下洞室群數(shù)量眾多,且空間體量大,導(dǎo)致通風(fēng)換氣量也比較大。本文主要從我國大型水電站地下洞室群施工期間通風(fēng)方案的設(shè)計原則入手,重點(diǎn)對施工期間,水電站地下洞室群的通風(fēng)措施進(jìn)行了分析闡述,希望給行業(yè)相關(guān)人士一定的參考和借鑒。

建立智能位移反分析系統(tǒng),用其確定隧道圍巖的力學(xué)參數(shù).針對bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷入局部極小值和訓(xùn)練時間過長等缺點(diǎn),利用遺傳算法全局尋優(yōu)能力優(yōu)化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值.結(jié)合均勻設(shè)計法在圍巖力學(xué)參數(shù)初始域范圍內(nèi)設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案,這樣不僅減少了迭代時間和次數(shù),還提高了預(yù)測精度.通過對綠春壩隧道圍巖力學(xué)參數(shù)的反演,驗(yàn)證了該方法的可靠性及適用性.將反演得出的圍巖力學(xué)參數(shù)代入到數(shù)值模型中進(jìn)行計算,結(jié)果表明,數(shù)值計算值與現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測值的誤差分別為-8.9%和4.5%.

以廣佛肇高速公路黎壁山隧道為工程實(shí)例,建立三維數(shù)值分析模型,對隧道的開挖過程分別進(jìn)行常規(guī)數(shù)值模擬和動態(tài)損傷數(shù)值模擬,從應(yīng)力、位移、塑性破壞區(qū)分布特點(diǎn)以及損傷特性等方面進(jìn)行對比分析.結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù),對比拱頂沉降和周邊收斂的監(jiān)測值與數(shù)值模擬值,進(jìn)一步驗(yàn)證了動態(tài)損傷數(shù)值模擬的可行性.

以廣佛肇高速公路黎壁山隧道為工程實(shí)例,建立三維數(shù)值分析模型,對隧道的開挖過程分別進(jìn)行常規(guī)數(shù)值模擬和動態(tài)損傷數(shù)值模擬,從應(yīng)力、位移、塑性破壞區(qū)分布特點(diǎn)以及損傷特性等方面進(jìn)行對比分析。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù),對比拱頂沉降和周邊收斂的監(jiān)測值與數(shù)值模擬值,進(jìn)一步驗(yàn)證了動態(tài)損傷數(shù)值模擬的可行性。

地下洞室的開挖,工作條件較為復(fù)雜,設(shè)計與實(shí)際開挖存在一定差異,為保證工程安全,施工期安全監(jiān)測尤為重要.對向家壩水電站地下洞室群施工期的監(jiān)測設(shè)施布置,監(jiān)測方法總結(jié),對變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析表明:向家壩水電站地下洞室群研究時段內(nèi)工作性態(tài)正常.相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為復(fù)雜地質(zhì)條件下地下洞室的設(shè)計、開挖提供借鑒.

地下洞室的開挖，工作條件較為復(fù)雜，設(shè)計與實(shí)際開挖存在一定差異，為保證工程安全，施工期安全監(jiān)測尤為重要。對向家壩水電站地下洞室群施工期的監(jiān)測設(shè)施布置，監(jiān)測方法總結(jié)，對變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變等監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析表明：向家壩水電站地下洞室群研究時段內(nèi)工作性態(tài)正常。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為復(fù)雜地質(zhì)條件下地下洞室的設(shè)計、開挖提供借鑒。

滲漏主要指地下水向下或向上延孔隙浸透和溢出,是水電工程施工最主要的危害之一。滲漏水對水工結(jié)構(gòu)的危害性很大,主要表現(xiàn)有:(1)滲漏水側(cè)壓力會使混凝土產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞;(2)當(dāng)滲漏水含有腐蝕因子時,會對混凝土有溶蝕作用;(3)在寒冷地區(qū),滲漏水會使混凝土的含水量增大,促進(jìn)混凝土的凍融破壞;(4)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物,滲漏水會促使鋼筋銹蝕,加速混凝土結(jié)構(gòu)老化,縮短使用壽命。因此,

大型地下工程洞室群施工過程中產(chǎn)生的有害氣體、粉塵等對施工的影響是連續(xù)性的,它直接影響施工進(jìn)度和質(zhì)量,并極大的危害施工人員的健康,必須進(jìn)行合理的風(fēng)流組織.本文主要根據(jù)長大隧洞及地下洞室群施工特性,說明地下工程的污染源、施工環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等.

利用施工期內(nèi)的各種變形監(jiān)測數(shù)據(jù),來反演300m級特高拱壩真實(shí)力學(xué)參數(shù)具有重要的工程和科學(xué)意義.提出了一種基于特高拱壩施工期仿真應(yīng)力的反演分析混合模型,該模型基于施工期大壩和基礎(chǔ)監(jiān)測的垂向壓縮變形,來反演施工期真實(shí)力學(xué)參數(shù),并以溪洛渡特高拱壩為例,驗(yàn)證了該模型的適用性與可行性:基于施工期精密水準(zhǔn)儀的監(jiān)測值反演了大壩的彈性模量,基于施工期多點(diǎn)位移計的監(jiān)測值分段反演了基巖的變形模量,結(jié)果表明,該反演混合模型獲得的反演值與彈性模量和變形模量的實(shí)測值均較為接近.研究成果可為同類特高拱壩工程的真實(shí)力學(xué)參數(shù)反演問題提供借鑒與科學(xué)依據(jù).